JPH04270904A - 導体の表面形状測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば製鉄の連続鋳
造過程における鋳型直下のような悪環境下で、鋳片その
他の導体の表面形状の測定に適した導体の表面形状測定
方法に関する

【０００２】。

【従来の技術】従来、連続鋳造過程を経た鋳片等の表面
形状を測定する導体の表面形状測定方法のひとつに、渦
電流測定法があり、この測定法に用いられる探触子の種
類にはいわゆる差動型と絶対値型があり、前者の差動型
は磁性体からなる四脚型コアの外側の２つの励磁用磁極
体にそれぞれ励磁コイルが巻回され、両励磁コイルが直
列接続され、その内側の２つの検出用磁極体にそれぞれ
検出コイルが巻回され、両検出コイルが直列接続されて
構成されている。

【０００３】そして、直列接続された両励磁は、被探傷
物の表面を通る磁束を発生させるためのものであり、そ
の両端子間には交流励磁電流が供給され、また直列接続
された両検出コイルは、被探傷物に存在する傷に起因し
て生じる漏洩磁束をとらえるためのものであり、両検出
コイルの出力端子間には、両検出コイルに発生する漏洩
磁束鎖交による誘導起電力の差が取り出される。

【０００４】一方、後者の絶対値型は、以前本件出願人
が提案したライナ被覆管の厚み測定方法（特願昭６１−
７８７０７号の出願明細書及び図面参照）等に適用され
ており、以下のように構成されている。

【０００５】即ち、ブリッジ回路の互いに対をなす１組
の純抵抗と、検出用コイルであるアクティブコイル並び
にこのアクティブコイルと平衡を保つためのリファレン
スコイルとの４つのインピーダンス素子を備えて構成さ
れており、アクティブコイルのインピーダンス変化はブ
リッジバランスのくずれによる接続点間の不平衡電圧と
して検出される。

【０００６】また、スイッチによりアクティブコイルと
切り替えられる第１のインピーダンス素子と、スイッチ
によりリファレンスコイルと切り替えられる第２のイン
ピーダンス素子との組合せからなる第１ダミー回路が構
成され、さらにスイッチによって第２のインピーダンス
素子に並列に接続可能な第３のインピーダンス素子を第
１ダミー回路に付加して第２ダミー回路が構成されてい
る。

【０００７】このとき、各インピーダンス素子は、抵抗
，コンデンサなどの各素子の組合せにより構成され、第
１，第２のインピーダンス素子はそれぞれアクティブコ
イルおよびリファレンスコイルと等価になるように選定
され、第３のインピーダンス素子は、第１のインピーダ
ンス素子の約１００倍程度の値に選定されており、従っ
て第２ダミー回路は、第１ダミー回路のインピーダンス
値を１％程度変化させたものとなっている。

【０００８】さらに、ブリッジ回路の接続点間の不平衡
電圧が増幅器により増幅され、後段の図示されていない
渦流探傷器により検出されるようになっており、アクテ
ィブコイル部分をブローブとして導体表面上を走査させ
ることにより、アクティブコイルのインピーダンスが変
化し、このインピーダンス変化によるブリッジ回路の不
平衡電圧が検出され、この不平衡電圧に基づいてライナ
被覆管の厚みが測定される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
差動型の探触子を用いた渦電流測定法により、導体の表
面形状を測定する場合、リフトオフ（検出コイルと導体
表面との間の距離）が変動すると、表面形状の検出精度
が変動するため、リフトオフが激しく変動するような環
境下では表面形状を正しく測定できない。

【００１０】一方、絶対値型の探触子を用いた場合、外
乱磁場によるノイズを拾い易いため、外乱磁場が多くあ
るような悪環境下では使用できないという問題点があっ
た。

【００１１】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、リフトオフ変動や外乱磁場の
ある悪環境下においても、精度よく導体の表面形状を測
定できるようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、２つの渦電
流測定コイルをブリッジ回路の対辺に差動型に組み込み
、前記両コイルそれぞれに代えて、所定リフトオフでの
前記両コイルと等価な第１ダミーインピーダンスをそれ
ぞれ与えて前記ブリッジ回路の出力を渦流探傷器により
測定し、一方の前記第１ダミーインピーダンスに並列に
該第１ダミーインピーダンスと若干値の異なる第２ダミ
ーインピーダンスを接続して前記ブリッジ回路の出力を
前記渦流探傷器により測定し、前記渦流探傷器による両
測定値からインピーダンス平面でのインピーダンス差の
変化方向を求めて基準方向を定めたのち、リフトオフ及
び材質をそれぞれ個別に変動させたときの前記両コイル
のインピーダンス差の変化方向を求めて前記基準方向に
対する関係を導出し、被測定導体の表面を前記両コイル
により走査したときの前記両コイルのインピーダンス差
を前記渦流探傷器により検出し、検出した前記インピー
ダンス差の移動平均値を導出してインピーダンス平面で
の原点と前記移動平均値に対応する点とを結ぶベクトル
を求め、前記ベクトルを前記リフトオフ及び材質それぞ
れの変動時のインピーダンス差の変化方向に分解し、該
分解により得られた前記リフトオフ変動時の変化方向の
ベクトル成分から、前記両コイルと前記導体表面とのリ
フトオフを算出し、算出した前記リフトオフに基づき前
記渦流探傷器の検出感度補正量を導出し、導出した前記
補正量に基づき前記走査時の前記両コイルのインピーダ
ンス差を補正し、補正した前記インピーダンス差から前
記導体の表面形状を求めることを特徴としている。

【００１３】

【作用】この発明においては、両渦電流測定コイルをブ
リッジ回路の対辺に差動型に組み込んだため、外乱磁場
によるノイズが打ち消され、従来の絶対値型探触子によ
る場合に比べ、ノイズの影響が抑制される。

【００１４】また、渦流探傷器により検出した走査時の
インピーダンス差の移動平均値を導出することにより、
導体表面に存在する傷による渦流探傷器の感度変化分が
除去されてリフトオフ変動と材質変動による変化分だけ
となり、材質変動による感度変化がほとんど無視できる
ことから実質的にリフトオフ変動による感度変化のみと
なり、渦流探傷器のリフトオフ変動による検出感度を補
正することにより、リフトオフ変動がある環境下におけ
る表面形状の測定が可能となる。

【００１５】

【実施例】図１はこの発明の導体の表面形状測定方法の
一実施例の概略図、図２は回路結線図を示す。

【００１６】図１に示すように、磁性体からなる四脚型
コア１の外側の２つの励磁用磁極体にそれぞれ励磁コイ
ル２ａ，２ｂが巻回されて両コイル２ａ，２ｂが直列接
続され、コア１の内側の２つの検出用磁極体にそれぞれ
渦電流測定コイル３ａ，３ｂが巻回され、両測定コイル
３ａ，３ｂが、図２に示すブリッジ回路に差動型に組み
込まれている。

【００１７】ここで、図１中のＬｔが被測定導体４の表
面と両測定コイル３ａ，３ｂとの距離，即ちリフトオフ
に相当する。

【００１８】即ち、図２に示すように、ブリッジ回路の
１組の対辺に純抵抗Ｒ１　，Ｒ２　が組み込まれると共
に、もう１組の対辺に測定用コイル３ａ，３ｂが差動型
に組み込まれ、所定リフトオフにおける両測定コイル３
ａ，３ｂと等価な第１ダミーインピーダンスＺ１　がス
イッチ５ａ及び５ｂの切り換えにより両測定コイル３ａ
，３ｂに代わってブリッジ回路に組み込まれるようにな
っている。

【００１９】さらに、一方の第１ダミーインピーダンス
Ｚ１　に並列に若干値の異なる第２ダミーインピーダン
スＺ２　がスイッチ６により接離自在に設けられ、交流
電源７によりブリッジ回路に電圧を加え、平衡がくずれ
たときの接続点ａ，ｂ間の不平衡電圧が増幅器８により
増幅され、後段の渦流探傷器（図示せず）により検出さ
れる。

【００２０】そして、両励磁コイル２ａ，２ｂの両端子
ｔ１　，ｔ２　間に交流励磁電流が供給されて被測定導
体４に鎖交する磁束が発生され、導体４の表面の渦電流
による磁束によって両測定コイル３ａ，３ｂのインピー
ダンスが変化し、両測定コイル３ａ，３ｂのインピーダ
ンス差が渦流探傷器により検出されることになり、コイ
ル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂをプローブとして一体化した
ものにより導体４の表面を走査したときの探傷器出力に
基づき、表面形状の測定が行われる。

【００２１】ところで、１０ｍｍのピッチでＶ字溝を有
する試験片を、上記プローブにより溝に直交する方向に
走査したところ、渦流探傷器の出力信号のＨ成分，Ｖ成
分は図３に示すようになり、溝のピッチに応じて出力信
号が変化する。

【００２２】そして、渦流探傷器の出力信号はリフトオ
フ，材質の変動により、一般的に図４に示すように変化
する。即ち、材質が変化すると円弧Ａ，Ｂ，Ｃのように
変化し、リフトオフが変化するとＵ，Ｖ，Ｗのように変
化し、材質が同じでリフトオフが小さいときには感度が
高いので大きな円弧Ａに沿って変化し、逆にリフトオフ
が大きいときには感度が低いので小さな円弧Ｃに沿って
変化し、さらにリフトオフが一定で材質が一様に変化す
るとＵからＷ側或いはＷからＵ側に変化する。

【００２３】従って、図４より、リフトオフ変動及び材
質変動による渦流探傷器の出力信号は、本来直線的には
変化しないが、表面形状の測定の範囲では例えば図４中
の直線ＰＱのように円弧の接線で近似される直線状に変
化すると考えて差し支えない。

【００２４】また、上記の試験片を溝に直交する方向に
プローブで走査したときに、渦流探傷器の出力信号、即
ち両測定コイル３ａ，３ｂのインピーダンス差の溝ピッ
チより大きな±５０ｍｍの間の移動平均をとると、図５
中の破線に示すようになり、図３に見られるような周期
的な変動がなくなり、渦流探傷器の出力信号のＨ成分，
Ｖ成分から溝による信号成分が除去されることがわかっ
た。

【００２５】つぎに、実際に被測定導体４の表面形状を
測定する手順について説明する。

【００２６】いま、スイッチ５ａ，５ｂを第１ダミーイ
ンピーダンスＺ１　側に切り換えてブリッジ回路の出力
を渦流探傷器により測定したのち、スイッチ６をオンし
て一方の第１ダミーインピーダンスＺ１　に第２ダミー
インピーダンスＺ２　を並列に加えてブリッジ回路の出
力を渦流探傷器により測定し、渦流探傷器によるこれら
の測定値から、インピーダンス平面でのインピーダンス
差の変化方向を求めて基準方向を予め定め、この変化方
向が水平方向（Ｈ方向）となるように渦流探傷器の位相
を合わせる。

【００２７】さらに、リフトオフ及び材質をそれぞれ個
別に変動させたときの両測定コイル３ａ，３ｂのインピ
ーダンス差の変化方向を求めて基準方向であるＨ方向に
対する関係を予め導出し、測定の準備作業が終了する。

【００２８】つぎに、被測定導体４の表面を両測定コイ
ル３ａ，３ｂにより走査したときの両測定コイル３ａ，
３ｂのインピーダンス差を渦流探傷器により検出し、検
出したインピーダンス差の移動平均値を導出し、図６に
示すように、インピーダンス平面での基準点（原点）Ｏ
と導出した移動平均値に対応する点Ａとを結ぶベクトル
ＯＡを求め、このベクトルＯＡを、図７に示すように、
予め求めたリフトオフ及び材質それぞれの変動時のイン
ピーダンス差の変化方向、即ちリフトオフ方向と材質方
向とに分解し、該分解により得られたリフトオフ方向の
ベクトル成分Ｙから、次の（Ｉ）式によってリフトオフ
Ｌを算出する。

【００２９】 　　　　Ｌ＝１／ｋ＊ｌｏｇ｛ｅｘｐ（−ｋ１　Ｌ０　
）−Ｙ｝…（Ｉ）このとき、Ｌ０　は基準点Ｏのリフト
オフ、ｋ，ｋ１　は比例定数であり、Ｌ０　，ｋ，ｋ１
　は予め実験的に求めておく。

【００３０】そして、点Ａの値（移動平均値）と点Ａに
対応する位置での渦流探傷器の出力信号のＶ成分（また
はＨ成分）との差δＶ（またはδＨ）を求める。

【００３１】また、リフトオフＬと渦流探傷器の出力と
から、図８に示すようなリフトオフ変動に対する信号感
度の変化を求め、次の（ＩＩ）式からリフトオフに対す
る感度補正量Ｓ（Ｌ）を算出する。

【００３２】 Ｓ（Ｌ）＝１／ｌｏｇ（−ｋ２　＊Ｌ）…（ＩＩ）ここ
で、ｋ２　は比例定数であり、予め実験的に求めておく
。

【００３３】さらに、上記したδＶと（ＩＩ）式のＳ（
Ｌ）とから、次の（ＩＩＩ）　式によってδＶの感度補
正した値δＶ′を求める。ただし、δＨについても同様
にしてδＨ′を求める。

【００３４】δＶ′＝δＶ＊Ｓ（Ｌ）…（ＩＩＩ）この
ようにして求めたδＶ′を点Ａの移動平均値に加えるこ
とによって、リフトオフ変動による渦流探傷器の信号検
出感度補正を施した真のリフトオフＬｔを導出すること
ができ、これらの測定，演算を繰り返し行うことによっ
て被測定導体４の表面形状を求めることができる。

【００３５】従って、両渦電流測定コイル３ａ，３ｂを
ブリッジ回路の対辺に差動型に組み込んだため、外乱磁
場によるノイズを打ち消すことができ、従来の絶対値型
探触子による場合に比べ、ノイズの影響を抑制すること
ができる。

【００３６】また、渦流探傷器により検出した走査時の
インピーダンス差の移動平均値を導出することにより、
導体表面に存在する傷による渦流探傷器の感度変化分を
除去することができ、リフトオフ変動と材質変動による
変化分だけとなり、材質変動による感度変化がほとんど
無視できることから実質的にリフトオフ変動による感度
変化のみとなり、渦流探傷器のリフトオフ変動による検
出感度を補正することによってリフトオフ変動がある環
境下であっても、真のリフトオフを精度よく算出するこ
とができ、従来不可能であった環境下での導体の表面形
状測定を高精度に行うことが可能になる。

【００３７】なお、ベクトルＯＡを成分分解したときの
材質方向成分の大きさから導電率を求め、求めた導電率
から被測定導体４の温度も求めるようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、この発明の導体の表面形
状測定方法によれば、従来の絶対値型探触子による場合
に比べ、外乱磁場によるノイズの影響を大幅に抑制する
ことができ、従来の差動型探触子の場合のようなリフト
オフ変動による検出感度の変動を、補正によって防止す
ることができ、外乱磁場やリフトオフ変動のある環境下
での導体の表面形状測定を高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の導体の表面形状測定方法の一実施例
における測定装置の一部の概略図である。

【図２】図１の測定装置の回路結線図である。

【図３】図２の出力信号波形図である。

【図４】測定原理の説明図である。

【図５】移動平均値の変化の説明図である。

【図６】信号処理の動作説明図である。

【図７】信号処理の動作説明図である。

【図８】渦流探傷器のリフトオフ変動に対する信号検出
感度の変化の説明図である。

【符号の説明】 ３ａ，３ｂ　　渦電流測定コイル ４　　　　　　　　　　被測定導体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　２つの渦電流測定コイルをブリッジ回
   路の対辺に差動型に組み込み、前記両コイルそれぞれに
   代えて、所定リフトオフでの前記両コイルと等価な第１
   ダミーインピーダンスをそれぞれ与えて前記ブリッジ回
   路の出力を渦流探傷器により測定し、一方の前記第１ダ
   ミーインピーダンスに並列に該第１ダミーインピーダン
   スと若干値の異なる第２ダミーインピーダンスを接続し
   て前記ブリッジ回路の出力を前記渦流探傷器により測定
   し、前記渦流探傷器による両測定値からインピーダンス
   平面でのインピーダンス差の変化方向を求めて基準方向
   を定めたのち、リフトオフ及び材質をそれぞれ個別に変
   動させたときの前記両コイルのインピーダンス差の変化
   方向を求めて前記基準方向に対する関係を導出し、被測
   定導体の表面を前記両コイルにより走査したときの前記
   両コイルのインピーダンス差を前記渦流探傷器により検
   出し、検出した前記インピーダンス差の移動平均値を導
   出してインピーダンス平面での原点と前記移動平均値に
   対応する点とを結ぶベクトルを求め、前記ベクトルを前
   記リフトオフ及び材質それぞれの変動時のインピーダン
   ス差の変化方向に分解し、該分解により得られた前記リ
   フトオフ変動時の変化方向のベクトル成分から、前記両
   コイルと前記導体表面とのリフトオフを算出し、算出し
   た前記リフトオフに基づき前記渦流探傷器の検出感度補
   正量を導出し、導出した前記補正量に基づき前記走査時
   の前記両コイルのインピーダンス差を補正し、補正した
   前記インピーダンス差から前記導体の表面形状を求める
   ことを特徴とする導体の表面形状測定方法。